Problem prowadzenia robót monolitycznych (betonowania) w warunkach obniżonej temperatury pojawia się wraz z nadejściem okre-
su jesienno-zimowego. Za warunki obniżonej temperatury zgodnie z wytycznymi zawartymi w instrukcji ITB nr 282/2011, uznaje się
czas, gdy średnia temperatura dobowa jest niższa niż 10

o

C. Najwięcej problemów przysparza jednak okres ujemnych temperatur.

Betonowania nie powinno się prowadzić, gdy temperatura otoczenia spadnie poniżej -15

o

C. Wielu inwestorów i wykonawców nie

jest świadomych ryzyka, jakie niesie za sobą nieodpowiednie przygotowanie do prowadzenia robót monolitycznych w warunkach
zimowych.
Najbardziej narażony na negatywne oddziaływanie ujemnych temperatur jest młody beton.

Aby zapewnić skuteczną ochronę przed niską temperaturą ko-
nieczne jest wcześniejsze przygotowanie odpowiedniej receptury
mieszanki betonowej (rodzaj i ilość cementu, odpowiedni dobór
domieszek chemicznych oraz dodatków, wielkość współczynnika
w/c). Należy ponadto odpowiednio zaplanować harmonogram
realizacji (przebieg robót budowlanych), z uwzględnieniem wy-
tycznych dla sposobu układania mieszanki betonowej oraz pielę-
gnacji betonu po wbudowaniu.
Wg normy PN-EN 206:2014 ”Beton – Wymagania, właściwości,
produkcja i zgodność” temperatura mieszanki betonowej pod-
czas zabudowy nie powinna być niższa niż 5

o

C (rys. 1). Zacho-

wanie temperatury mieszanki na poziomie powyżej 5

o

C pozwala

uniknąć ryzyka zamarznięcia wody w mieszance. Niemniej ważne
jest uzyskanie przez młody beton minimalnej wytrzymałości na
ściskanie, zanim ulegnie on pierwszemu zamarznięciu. Napręże-
nia powstające wskutek zwiększania objętości przez zamarzającą
wodę mają charakter naprężeń rozciągających. Gdy ich wartość
przekroczy granicę wytrzymałości matrycy cementowej, docho-
dzi do rozerwania powstałych wiązań.

BETONOWANIE W WARUNKACH ZIMOWYCH

GłóWNYMI ZAGROżENIAMI W OKREsIE OBNIżONYCH

TEMpERATUR są:

▶

▶

spOWOlNIENIE pROCEsóW WIąZANIA I TWARdNIENIA BETONU – NIsKA

TEMpERATURA spOWAlNIA pRZEBIEG pROCEsU HYdRATACjI CEMENTU,

WYdłUżENIU UlEGA CZAs WIąZANIA CEMENTU, pRZEZ CO OpóźNIA sIę pROCEs

NARAsTANIA WYTRZYMAłOśCI BETONU W KONsTRUKCjI. W BARdZO NIsKICH

TEMpERATURACH MOżE NAsTąpIć CAłKOWITE ZATRZYMANIE pROCEsU

HYdRATACjI,

UsZKOdZENIE pOWsTAłEj MIKROsTRUKTURY BETONU pRZEZ ZAMARZAjąCą

WOdę – ZWIęKsZAjąCA sWOją OBjęTOść ZAMARZAjąCA WOdA ROZRYWA

słABE WIąZANIA pOWsTAjąCE W pOCZąTKOWYM OKREsIE pROCEsU

HYdRATACjI, pOWOdUjąC ZNIsZCZENIE sTRUKTURY MłOdEGO BETONU, pRZEZ

CO sTWARdNIAłY BETON CHARAKTERYZUjE sIę OBNIżONą WYTRZYMAłOśCIą

I TRWAłOśCIą.

Rys. 1. Minimalna temperatura mieszanki betonowej

str.

1

B1

str.

2

Odporność betonu na tego typu oddziaływania można podzielić na dwie grupy:
1. odporność pełną – beton narażony na bezpośrednie działanie czynników zewnętrznych (opady deszczu, śnieg, ujemna temperatura)

powinien przed pierwszym zamarznięciem osiągnąć wytrzymałość co najmniej 5 MPa dla betonów z cementów CEM I, minimum
8 MPa dla betonów z cementami CEM II, CEM IV i CEM V oraz minimum 10 MPa dla betonów z cementów hutniczych CEM III,

2. odporność warunkową – beton nienarażony na bezpośrednie działanie czynników zewnętrznych (beton osłonięty lub pod za-

daszeniem) powinien przed pierwszym zamarznięciem osiągnąć wytrzymałość co najmniej 5 MPa, bez względu na rodzaj za-
stoswanego cementu.

Spełnienie przedstawionych wytycznych wymaga odpowiedniego przygotowania mieszanki betonowej, producenci betonu dążą do
tego, aby węzły betoniarskie wyposażone były w instalacje do podgrzewania kruszywa i/lub wody. Podgrzewanie wody zarobowej
jest łatwiejsze i trwa krócej, a często może być zabiegiem wystarczającym dla uzyskania odpowiedniej temperatury mieszanki beto-
nowej. Do wyznaczenia temperatury mieszanki betonowej można użyć wzoru:

t

b

=

c ∙(z ∙t

z

+f ∙t

f

+g ∙ t

g

)∙ c

w

∙w∙ t

w

c ∙( z+f +g)+c

w

∙w

gdzie: t

b

– temperatura mieszanki betonowej;

g – ilość kruszywa [kg/m

3

];

t

z

– temperatura cementu;

w – ilość wody [kg/m

3

];

t

f

– temperatura popiołu;

c

w

– ciepło właściwe wody 4,19

kJ

kg∙K

t

g

– temperatura kruszywa;

t

w

– temperatura wody;

c – ciepło właściwe cementu, popiołu i kruszywa 0,84

kJ

kg∙K

z – ilość cementu [kg/m

3

];

f – ilość popiołu [kg/m

3

];

Można również orientacyjnie wyznaczyć temperaturę mieszanki na podstawie tabeli 1, w zależności od temperatury składników.

Tabela 1. Temperatura mieszanki betonowej w zależności od temperatury kruszywa i wody

Temperatura

kruszywa [

o

C]

Temperatura wody [

o

C]

5

10

20

30

40

50

60

70

80

Osiągnięta temperatura mieszanki betonowej [

o

C]

5

5

6

9

11

14

16

19

22

24

10

8

9

12

15

17

20

22

25

27

15

11

13

15

18

21

23

26

28

31

20

15

16

19

21

24

26

29

31

34

30

21

23

25

28

30

33

35

38

40

Kruszywo w betonie zajmuje ok. 70% – 80% objętości, więc jego temperatura w największym stopniu przekłada się na temperaturę
mieszanki betonowej. Najprostszym sposobem zwiększenia temperatury kruszywa jest podgrzewanie go ciepłym powietrzem, które
wprowadza się poprzez system rur ułożonych pod pryzmą kruszywa. Innym sposobem jest stosowanie nadmuchu pary wodnej.
W okresie zimowym należy ponadto unikać zawilgocenia i przemarzania kruszywa.

Proces podgrzewania składników betonu musi przebiegać z uwzględnieniem wytycznych dotyczących maksymalnych temperatur
poszczególnych składników:

▶ maksymalna temperatura wody <60°C lub dozowanej bezpośrednio na kruszywo <80°C,

▶ maksymalna temperatura kruszywa <50°C.

str.

3

W okresie niskich temperatur zaleca się:
• stosowanie cementów wyższych klas wytrzymałościowych, np. 42,5 i 52,5,
• stosowanie cementów o wyższej zawartości klinkieru cementowego, np. CEM I i CEM II,
• zwiększenie udziału cementu (o 5-10%) w składzie mieszanki betonowej (więcej cementu - więcej ciepła z hydratacji).
W okresie obniżonych temperatur można stosować także odpowiednie domieszki chemiczne w składzie betonu. Są to głównie do-
mieszki o działaniu obniżającym temperaturę zamarzania wody, przyspieszające wiązanie cementu i redukujące ilość wody (plastyfi-
katory i superplastyfikatory):
• domieszki obniżające temperaturę zamarzania wody w betonie – domieszki na bazie soli bezchlorkowych, umożliwiające obni-

żenie temperatury zamarzania wody w betonie o kilka stopni, woda w betonie bez domieszki zamarza w temperaturze od -1

o

C

do -3

o

C,

• domieszki przyspieszające wiązanie – zwiększają początkową szybkość reakcji zachodzących między składnikami cementu

a wodą w zaczynie cementowym, ich stosowanie ma na celu uzyskanie w krótkim okresie czasu minimalnej wytrzymałości
betonu, zapewniającej odporność na pierwsze zamarznięcie,

• domieszki redukujące ilość wody zarobowej – stosując plastyfikatory lub superplastyfikatory można uzyskać kilka efektów

w postaci:
• zmniejszenia ilości wody, która może zamarznąć,
• zwiększenia stężenia soli w wodzie obniżających temperaturę jej zamarzania,
• zwiększenia wytrzymałości betonu, a tym samym odporności na destrukcyjne działanie zamarzającej wody.

Stosowanie kombinacji domieszek (przyśpieszających, reduku-
jących ilość wody) pozwala na optymalne dostosowanie wła-
ściwości mieszanki betonowej i betonu do warunków otoczenia
w trakcie wykonywania prac budowlanych. Bardzo ważne jest
odpowiednie przygotowanie procesu betonowania, grunt, pod-
budowa, deskowanie, podobnie jak zbrojenie, nie mogą być
pokryte warstwą śniegu lub lodu (rys. 2). Zamarznięta na po-
wierzchni deskowania lub zbrojenia woda, wpływa na lokalne
zmiany współczynnika w/c, a tym samym pogarsza właściwości
betonu. Grunt lub deskowanie powinno mieć temperaturę, która
nie spowoduje zamarzania młodego betonu przed osiągnięciem
przez niego wytrzymałości, zapewniającej odporność na zama-
rzanie. Podczas układania betonu zaleca się ponadto jego ochro-
nę przed opadami atmosferycznymi.
Pielęgnacja betonu jest jednym z najważniejszych etapów prowadzenia robót monolitycznych. Prawidłowe kształtowanie warunków
dojrzewania betonu zapewnia osiągnięcie założonych właściwości betonu. Pielęgnację należy rozpocząć niezwłocznie po ułożeniu
i zagęszczeniu mieszanki betonowej. Odpowiednia pielęgnacja betonu zależy od szeregu czynników, takich jak: temperatura oto-
czenia, opady atmosferyczne, wiatr, masywność betonu, receptura betonu, itp. W warunkach obniżonych temperatur należy przede
wszystkim zapewnić ochronę betonu przed utratą ciepła.
W tym celu stosuje się następujące metody:
• metoda zachowania ciepła – wykorzystuje ciepło zakumulowane w kruszywie i wodzie oraz ciepło wydzielone podczas reakcji

hydratacji cementu, dodatkowo należy stosować osłony i izolacje (rys. 3a) w celu wyeliminowania strat ciepła,

• metoda podgrzewania betonu – podgrzewanie ciepłym powietrzem (rys. 3b), parą niskoprężną lub za pomocą instalacji elek-

trycznej (rys. 3c), metodę stosuje się w celu przyspieszenia procesów wiązania i twardnienia betonu, aby móc prowadzić dalsze
prace budowlane lub gdy konieczny jest wcześniejszy demontaż deskowań, stosowanie tej metody może wiązać się z ryzykiem
przegrzania betonu lub jego przesuszenia, co w efekcie prowadzi do powstania wysokiego gradientu temperatur, a w konse-
kwencji do spękania betonu,

• metoda cieplaków – stosowanie osłon, które całkowicie izolują beton, ograniczając straty ciepła, a także chronią przed czynnika-

mi zewnętrznymi (rys. 3d), pozwalają na stworzenie dowolnych warunków dojrzewania betonu, metoda ta jest najskuteczniej-
sza, ale również kosztowna.

W każdej z tych metod należy zwracać szczególną uwagę na kontrolę stanu wilgotności betonu.

Rys. 2. Błędy zabudowy mieszanki betonowej – oblodzone zbrojenie

str.

4

a)

b)

d)

c)

Rys. 3. Metody pielęgnacji betonu w obniżonych temperaturach

Przed podjęciem decyzji o rozpoczęciu prac budowlanych w warunkach obniżonych temperatur należy wziąć pod uwagę szereg czyn-
ników. Oprócz kryteriów technologicznych – sposobie wbudowania i pielęgnacji betonu - należy pamiętać również o kadrze tech-
nicznej. Uświadomienie pracowników o zagrożeniach pojawiających się podczas betonowania w obniżonych temperaturach pomaga
sprawnie przeprowadzić prace budowlane bez konieczności ich przerywania. W okresie obniżonych temperatur zachodzi potrze-
ba zaostrzenia kontroli jakości robót. Kontrola powinna obejmować przede wszystkim te fazy wykonywania robót, które decydują
o bezpieczeństwie konstrukcji na etapie wznoszenia oraz o zachowaniu wymagań określonych w projekcie, normach lub warunkach
technicznych wykonania i odbioru robót. Wykonawca robót powinien mieć świadomość, że wykonywanie monolitycznych elementów
konstrukcyjnych w warunkach obniżonych temperatur jest czasochłonne, kosztowne i trudne technologicznie.